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2022-11-03
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无线电的短波数字信号收发机
针对传统的电台模拟实现技术存在的缺点，采用软件无线电设计思想，以数
字信号处理技术为核心，设计了一种短波单边带数字化无线收发机。该单边带收
发机采用宽带低通射频采样结构，利用数字上下变频技术实现从基带到射频之间
的转换，以及正交调制解调方式。提出了基于现场可编程门阵列硬件平台的收发
机设计思路与实现方法，仿真与实验结果表明，所设计的单边带收发机各功能部
件均符合设计要求，总体性能也达到预期的效果。
标签： 软件无线电 数字信号处理 短波
0 引言
短波单边带（SSB）无线通信具有节省频带和信号功率，传播距离远等优点，
在军事和民用通信领域得到广泛应用。传统 SSB 通信采用模拟技术，应用灵活
性差，技术性能低，体制单一，互通性差，制约了短波单边带（SSB）无线通信
技术的进一步发展。 数字化短波单边带（SSB）无线收发机主要由收发天线、
射频前端、高速数模与模数转换器（ADC/DAC）、数字信号处理模块组成，其中，
数字信号处理模块可以采用现场可编程门阵列（FPGA）实现通信信号的数字上
下变频和数字基带信号处理，是数字 SSB 收发机实现的关键。由于短波频段频
率不高，目前国内外研究趋势是把数字化处理和变换尽量靠近天线端。
基于软件无线电（SDR，Software Defined Radio）的设计思想，采用射频低
通采样结构，在充分理解数字化对传统电子线路和通信电路的设计和实现方法的
转变思想的基础上，完成对无线模拟通信收发机的数字化，设计实现一种数字化
的宽频段短波单边带无线收发机。采用现有主流 SSB 通信体制，可与现有 SSB 通
信机兼容，具有重要工程应用价值。
1 方案设计
数字短波 SSB 无线收发机采用宽带射频低通采样数字化结构设计方案。如
图 1 所示，采用 5～25 MHz 的宽带射频（RF）前端电路，实现低噪声前置放大
（LNA）和 RF 功率放大；A/D 变换器采用 14 bit 芯片 AD6645 采样速率可达 105
Ms/s，D/A 变换器采用 14 bit 芯片 AD9772A 采样速率可达 160 Ms/s；接收机采
用直接数字下变频器，而发射机直接采用数字上变频器，数字变频、多速率滤波
器与希尔伯特变换以及基带滤波、SSB 调制和解调处理均采用Xilinx 公司FPGA
芯片 spartan-3A-DSP-1800 实现；语音采集与回放采用 AD74111 音频编码器。按
照过采样理论，射频（RF）信号采样速率设计为 65.536 Ms/s，而考虑到硬件资
源，音频信号采样速率设计 16 bit 32 Ks/s。调制解调采用正交方式，载波同步采
用科斯塔斯环实现。
2 RF 低噪前置放大器设计
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